摘要(yao):環境保(bǎo)護是我(wo)國的基(ji)本國策(cè)之一,工(gong)業污水(shui)的計量(liàng)越🈲來越(yue)引起重(zhong)視。介紹(shào)了一種(zhǒng)專爲非(fēi)滿管狀(zhuang)态💞下的(de)流量測(ce)量而設(shè)計的流(liú)量計,簡(jian)單介紹(shao)了非滿(man)管電磁(cí)流量計(ji) 的測量(liàng)原理,着(zhe)重描述(shù)了其獨(du)特的電(dian)容液位(wèi)測量系(xi)統,分析(xī)了非滿(man)管電磁(cí)流量計(ji)在污水(shui)測量應(ying)用中的(de)📱特點及(jí)優勢。
0　引(yǐn)言
　　環境(jing)保護已(yi)經成爲(wei)我國經(jing)濟持續(xu)發展的(de)基本國(guo)策🔴,在國(guó)家環境(jing)保護政(zheng)策推動(dòng)下,企業(ye)對環保(bao)工作越(yue)來越予(yǔ)以重視(shì),生産過(guò)程中産(chǎn)生的污(wu)水要嚴(yán)格控制(zhì)其排放(fàng)量✨,爲此(ci)要求安(ān)裝流量(liàng)計來計(jì)量污水(shuǐ)排放量(liang)。
　　工業排(pái)水的流(liú)體流動(dòng)都是自(zi)然流動(dòng),流量大(da),非滿管(guǎn)并且具(jù)有自由(yóu)水面,正(zheng)确地進(jin)行測量(liang)有一定(dìng)的難度(dù)。以前多(duo)采用傳(chuan)統槽式(shì)流量計(jì),不僅精(jing)度較低(dī),而且帶(dài)來較大(dà)的水流(liu)損失,同(tóng)時對上(shang)遊渠道(dào)的坡度(du)及下遊(you)水深也(yě)均有一(yī)定的要(yào)求,當不(bu)能滿足(zu)條件時(shí)測量精(jīng)度會降(jiàng)低,有時(shi)甚至無(wú)法進行(háng)測量。如(rú)果用電(diàn)磁流量(liang)🛀計來測(cè)量污水(shui),則需要(yào)建造額(é)外的♋閘(zhá)闆和堰(yan)闆以保(bǎo)證滿管(guan),這些附(fu)加的安(ān)裝費用(yòng)經常會(hui)超出流(liú)量計本(ben)身的費(fei)用,大口(kou)徑管🔅道(dao)時更是(shi)如此,而(ér)且🔴還增(zeng)加了管(guan)道堵塞(sai)的可能(neng)性。随着(zhe)測量🥰技(ji)術的不(bu)斷發展(zhan),目前電(dian)磁和超(chao)聲波技(ji)術都能(néng)對非滿(mǎn)管流體(tǐ)流量進(jin)行測量(liang)。
1　測量原(yuan)理
　　 電磁(cí)流量計(ji) 是20世紀(jì)50～60年代随(sui)着電子(zǐ)技術的(de)發展而(er)迅速發(fā)展起來(lái)的新型(xíng)流量儀(yi)表,由于(yu)其獨特(te)的優點(dian),廣泛應(yīng)用于工(gong)業過程(chéng)中各種(zhǒng)💘導電液(yè)體的流(liu)量測量(liang),在目前(qian)使用的(de)各類流(liú)量計中(zhong),其銷量(liang)僅次于(yú) 孔闆流(liú)量計 ,位(wei)居第2位(wèi)。
　　電磁流(liu)量計是(shi)根據法(fǎ)拉第電(diàn)磁感應(ying)定律制(zhi)成的🥰,其(qí)測量原(yuán)理如下(xia):當導電(diàn)的被測(cè)介質垂(chuí)直于磁(ci)力線方(fāng)向流動(dong)時,在與(yǔ)介質流(liú)動和磁(cí)力線都(dōu)垂直的(de)方向上(shang)‼️産生一(yī)個感應(ying)電勢Ex,它(ta)與被測(cè)介質在(zài)磁場中(zhong)運動的(de)速度成(chéng)正⭐比,其(qi)關系式(shì)爲
Ex=KBDv
式中(zhōng):K爲儀表(biǎo)常數;B爲(wei)磁感應(ying)強度;D爲(wèi)電極距(jù)離,即導(dǎo)管直徑(jing),爲導體(ti)垂直切(qie)割磁力(lì)線的長(zhǎng)度;v爲被(bèi)測介質(zhì)在磁場(chǎng)中運👅動(dòng)的🐕速度(dù)。
由感應(yīng)電勢可(kě)以計算(suan)出流體(ti)流速,将(jiang)流體流(liu)速管道(dào)截面積(jī)相乘,即(ji)可得出(chū)體積流(liu)量Q。
　　普通(tōng)的電磁(cí)流量計(jì)一直用(yong)于滿管(guǎn)測量[1],當(dāng)測量管(guan)中液體(ti)未㊙️被🍓充(chong)滿時,普(pu)通的電(dian)磁流量(liang)計會出(chu)現兩🔱種(zhong)情👈況:1)當(dāng)測量管(guǎn)内的液(ye)體超過(guò)電極水(shuǐ)平面時(shi),流量計(ji)所顯示(shì)的是實(shi)際💃🏻液體(tǐ)的體積(ji)流量加(jiā)上空氣(qì)所占據(ju)的那部(bu)分體積(jī)之和,造(zào)🌏成流量(liàng)誤差。2)當(dang)測量管(guan)内的液(ye)體低于(yu)電極水(shui)平面時(shí),輸出就(jiù)不穩定(ding)或波動(dong),流量計(jì)🌐不能測(ce)出電動(dong)勢,根本(běn)無法計(jì)量📐。
　　非滿(man)管電磁(ci)流量計(ji)是專爲(wei)非滿管(guǎn)狀态下(xia)的流量(liang)測量而(ér)✏️設計的(de),它與普(pu)通電磁(cí)流量計(ji)的不同(tong)之處在(zai)于它不(bú)僅測量(liàng)流☔體的(de)流速,還(hai)測量流(liú)體在測(cè)量管中(zhong)的高度(du)而🥵求得(dé)流通面(mian)積A,兩者(zhe)相乘獲(huò)得流量(liang)。
　　非滿管(guan)電磁流(liu)量計由(you)兩部分(fèn)組成,一(yī)是安裝(zhuāng)在管道(dào)上的🏃🏻流(liú)量📧傳感(gan)器,二是(shi)微處理(li)器控制(zhì)的信号(hao)轉換器(qì)。
　　流量傳(chuan)感器是(shi)直接安(an)裝在管(guan)道上的(de)同口徑(jing)圓形🏒暗(an)渠,測量(liàng)流✌️速的(de)原理與(yǔ)傳統電(diàn)磁流量(liàng)計的基(ji)本相同(tóng),仍以法(fǎ)拉弟電(diàn)磁感😘應(ying)定律測(cè)量流速(su)V(見圖1)。

　　因傳感(gǎn)器具備(bei)測量儀(yí)表内液(yè)位的功(gong)能,它的(de)電極、磁(cí)路和測(ce)量電路(lù)則與普(pǔ)通電磁(cí)流量計(ji)有較大(da)差😍别。
　　電(dian)容式液(yè)位測量(liàng)系統的(de)電磁流(liú)量計,它(ta)測量流(liu)速的一(yī)對電💛極(ji)不是安(an)裝在測(cè)量管的(de)中心線(xiàn)處,而是(shi)安裝在(zài)離測量(liang)管底部(bù)0.1D高度,這(zhe)樣當液(ye)位不低(dī)于0.1D時🚩都(dou)可測⭐出(chū)流速,而(ér)且又避(bi)免了🌂測(ce)量管中(zhōng)沉澱物(wu)給測量(liang)帶來的(de)影響。

　　電(diàn)容液位(wei)測量系(xì)統[2]如圖(tu)2所示,在(zài)測量管(guǎn)的襯裏(lǐ)背面⛱️安(an)裝有一(yī)塊檢測(cè)極和4塊(kuài)發射極(jí),被襯裏(li)層完全(quán)覆蓋🐅,與(yu)管内液(yè)體充🥵分(fèn)絕緣。将(jiāng)高頻電(dian)壓引入(rù)發射極(ji),然後測(ce)出檢測(cè)極中的(de)感應✂️電(diàn)流。電極(ji)之間的(de)電容C與(yu)流體的(de)高度H成(cheng)一定的(de)比🏃🏻例關(guan)系,通🔞過(guo)測量兩(liǎng)🤟塊金屬(shǔ)電極之(zhī)間的電(dian)容便可(kě)得知液(ye)位高度(dù)。當測量(liang)管内液(yè)位🏃🏻‍♂️高度(du)确定後(hòu),便可計(jì)算出非(fēi)滿管流(liu)量。之所(suǒ)以将發(fā)射極分(fèn)爲數⭕片(piàn),是爲了(le)提高測(ce)量精度(dù)。測量管(guǎn)底部的(de)發射極(jí)始終處(chu)在液面(mian)之下,可(ke)以作爲(wei)基準來(lai)修正不(bú)同液體(tǐ)的不同(tong)電導率(lü)引起的(de)偏移量(liàng)。當管内(nei)液體流(liu)速大⚽于(yu)1m/s時,其測(cè)量準确(que)率一般(ban)可達±1%FS。一(yi)般地,測(cè)量精度(dù)與介質(zhi)流動性(xìng)和介質(zhì)的其他(ta)性質如(rú)壓力、溫(wēn)度、黏度(du)、密度、一(yi)緻性、電(dian)導率和(hé)電極的(de)污染等(deng)無關。
　　與(yu)傳感器(qì)配套的(de)帶有微(wēi)處理器(qì)的信号(hào)轉換器(qi),流速信(xin)✉️号☎️和液(ye)位信号(hao)引入轉(zhuǎn)換器,可(ke)以進行(háng)流量的(de)計算、顯(xian)示、累積(ji)等操🐇作(zuo),同時可(ke)以輸出(chu)電流信(xin)号或脈(mo)沖信号(hao),接口可(ke)選爲HART,SMART或(huò)RS485。
　　信号轉(zhuan)換器與(yu)傳感器(qì)之間以(yi)專用電(dian)纜連接(jiē),電纜的(de)長度🏃從(cong)🛀🏻減少幹(gàn)擾的可(ke)能性來(lái)說越短(duan)越好。但(dan)現🌍場受(shou)安裝環(huán)境、位置(zhì)📱的限制(zhi)要考慮(lǜ)電纜的(de)長度問(wèn)題,它受(shou)以下3方(fāng)🥵面的限(xiàn)制:介質(zhì)的電導(dǎo)率、勵磁(cí)電纜🧡的(de)截面積(jī)、信号電(dian)纜的型(xíng)号。
2　技術(shù)指标
量(liàng)程:35l/h～12000m3/h
精度(du):1%～2%FS
口徑範(fan)圍:200～600mm
防護(hù)等級:IP67,相(xiang)當于NEMA6
流(liu)速範圍(wei):1～10m/s
電導率(lǜ):≥5μs/cm
工作溫(wen)度:-5～+60℃
工作(zuò)壓力:10bar
3　安(an)裝與維(wei)護
　　非滿(mǎn)管電磁(ci)流量計(jì)的安裝(zhuāng)與普通(tōng)型電磁(ci)流量計(jì)🎯的😘安裝(zhuāng)要求基(jī)本相同(tóng)。
(1)安裝地(di)點和位(wèi)置按需(xū)要确定(ding),但電極(ji)軸必須(xu)水平。
(2)電(diàn)磁流量(liang)計必須(xū)有良好(hǎo)的接地(dì),以減少(shao)幹擾信(xin)号⭐引入(ru)。接地有(you)兩方面(miàn)的要求(qiú),一是傳(chuan)感器與(yu)轉換器(qì)🈲的接地(di)線必須(xū)與被測(cè)介質導(dao)通,二是(shi)要以大(da)地爲零(ling)電位。
(3)爲(wèi)避免幹(gàn)擾信号(hao),傳感器(qi)與轉換(huan)器之間(jian)的信号(hào)線必須(xū)采用專(zhuan)用屏蔽(bì)導線,并(bing)單獨穿(chuān)在接地(di)鋼管内(nèi),不能把(ba)信号電(dian)纜和電(dian)源電纜(lan)安放在(zai)同一鋼(gāng)管中。
(4)當(dang)流量計(ji)安裝在(zài)地下時(shi),需要設(she)置儀表(biǎo)井。
(5)介質(zhì)流動不(bú)穩定對(duì)測量值(zhí)并無影(yǐng)響,所以(yi)安裝流(liu)量計時(shi)👈對前後(hou)直管段(duàn)并無特(tè)别要求(qiu)。
　　非滿管(guan)電磁流(liú)量計的(de)維護工(gong)作量很(hěn)小,但是(shi)在運行(háng)😄一段時(shí)間💜以後(hòu),污水常(cháng)會在傳(chuan)感器内(nei)壁積聚(ju)附✔️着層(ceng),應及時(shi)予以清(qīng)除,否👅則(ze)附着層(céng)電導率(lǜ)與流體(tǐ)電導率(lü)😄不一緻(zhi)時,會導(dǎo)緻電極(ji)回路斷(duan)路或短(duan)路,儀表(biǎo)不能正(zheng)常工作(zuo)。因此對(duì)于工業(yè)污水的(de)測量,在(zài) 流量計(ji) 選型時(shí)最好能(neng)保證流(liú)體流速(sù)在3～4m/s以上(shang),這樣可(ke)以在一(yī)定程度(du)上🔞起到(dao)自清掃(sǎo)管道、防(fang)止附着(zhe)層沉積(ji)的作用(yòng)。
4　應用
　　非(fēi)滿管電(diàn)磁流量(liàng)計作爲(wèi)一種新(xīn)型流量(liang)儀表,具(jù)有💋無可(kě)替代的(de)優勢。
從(cong)外觀上(shang)看,非滿(mǎn)管電磁(ci)流量計(jì)與普通(tong)電磁流(liu)量計并(bing)沒有✂️什(shí)麽不同(tóng),同樣具(ju)有不受(shou)流體參(can)數影響(xiang)、無可動(dòng)部件、無(wú)阻流件(jian)、壓損極(ji)小、無測(ce)量滞後(hòu)現象🏒、線(xian)性輸出(chū)和範圍(wei)度寬等(děng)優點。
　　非(fei)滿管電(diàn)磁流量(liàng)計的測(ce)量通道(dao)是段光(guang)滑直管(guǎn),不會有(you)阻塞現(xiàn)象,因此(ci)特别适(shi)用于測(cè)量含固(gù)體顆粒(lì)的液固(gù)二相流(liú)體,如紙(zhǐ)漿🐇、泥漿(jiāng)、污水等(deng)。安裝非(fēi)滿管🔞電(diàn)磁流量(liang)計,其上(shang)遊不會(hui)擡高✊水(shui)位,因此(cǐ)也不會(huì)帶來水(shuǐ)頭損失(shi)。
　　非滿管(guan)流量計(ji)的部件(jiàn)隻有一(yī)對電極(jí),不存在(zai)停工檢(jiǎn)修的💚問(wen)題,流量(liàng)管的Irathane襯(chen)裏耐磨(mó)損,抗腐(fǔ)蝕性能(neng)好。
　　非滿(mǎn)管電磁(cí)流量計(jì)可測的(de)管道内(nei)液位爲(wei)截面的(de)10%～100%,其在😘非(fei)滿🧑🏾‍🤝‍🧑🏼管和(hé)滿管流(liu)量的情(qíng)況下均(jun)能保持(chí)良好🌐的(de)測量精(jīng)🌐度,這是(shi)電磁流(liu)量計研(yan)發的突(tu)破。
　　在非(fēi)滿管測(cè)量中,測(cè)量管内(nei)液位通(tong)常會出(chu)現波動(dòng),這些波(bo)動,特别(bie)是當其(qí)處在電(diàn)極的水(shuǐ)平面上(shàng)時,能導(dao)緻傳感(gǎn)器輸出(chū)信🚩号的(de)波動。液(yè)位測量(liàng)系統中(zhōng)包含的(de)模⛹🏻‍♀️糊邏(luó)輯和特(tè)别濾波(bo)電路很(hěn)好地解(jie)決了這(zhe)個問題(tí),這就保(bao)證了流(liú)量計在(zài)介質流(liu)動不穩(wěn)定或🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liú)量分布(bu)改變的(de)情況下(xia)仍具有(you)穩定的(de)測量值(zhi)顯示。
　　由(you)此可見(jiàn),随着環(huan)境治理(li)力度的(de)不斷加(jiā)大,非滿(mǎn)管流量(liang)計在污(wu)水測量(liang)中的應(ying)用前景(jǐng)十分廣(guang)闊。但非(fei)滿管電(diàn)磁流量(liang)計也存(cun)在着一(yi)些目前(qian)尚未完(wán)全解決(jué)的問題(ti):
(1)非滿管(guǎn)電磁流(liu)量計目(mu)前隻能(neng)用于圓(yuan)形管的(de)流量測(ce)量。
(2)污水(shuǐ)治理單(dān)位收取(qǔ)的污水(shuǐ)處理費(fei)常數倍(bèi)甚至十(shí)餘倍潔(jie)淨生活(huó)和工業(ye)用水的(de)價格,非(fēi)滿管電(dian)磁流量(liàng)計測量(liang)精度雖(suī)然與傳(chuan)✍️統槽式(shi)流量計(jì)相比大(da)有提高(gāo),但如果(guǒ)作爲貿(mao)易♉結算(suàn),儀表精(jing)度仍有(yǒu)待進一(yī)步提高(gao)。
(3)由于國(guo)内尚無(wú)非滿管(guǎn)電磁流(liu)量計生(shēng)産,國外(wai)廠商及(jí)其代理(lǐ)要價甚(shen)高,爲傳(chuan)統儀表(biao)的2～3倍以(yi)上,這給(gěi)非滿管(guǎn)電磁流(liú)量計的(de)普及帶(dai)來了一(yī)定的難(nán)度。

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